CN1681837A - 纯化蛋白质的方法 - Google Patents

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Abstract

问题：提供一种纯化生理学上活性蛋白质(尤其是抗体)的方法，由此通过简单方法确实能去除杂质如DNA污染物和病毒，该方法成本低、生理学上活性蛋白质的损失少。解决手段：去除含有生理学上活性蛋白质的样品中杂质的方法，该方法包括以下步骤：1)制备在低于所述生理学上活性蛋白质等电点的pH值下具有电导率的含有生理学上活性蛋白质样品的水溶液；和2)去除由此形成的颗粒。

Description

纯化蛋白质的方法
技术领域
本发明涉及一种纯化蛋白质的方法，更特异地涉及一种从含有生理学上活性蛋白质如抗体分子的样品中去除杂质如DNA污染物的方法。
背景技术
基因重组技术的进展使稳定提供不同蛋白质制剂成为可能。特别是，近几年来已开发出比普通药物更具选择性的种种重组抗体药物，并已进入临床试验。
在这些重组产生的含有生理学上活性蛋白质的制剂中，需要去除宿主DNA和与病毒污染相关的杂质(如DNA污染物)。根据目前世界卫生组织WHO标准，生物药物中DNA的量不应超过100pgDNA/剂量。为达到这一标准，通常，为去除DNA的目的，用阴离子交换层析、羟基磷灰石层析、或它们的组合处理含有来自宿主细胞的生理学上活性蛋白质的水性培养基。
特别是，在生理学上活性蛋白质是在哺乳动物宿细胞中重组产生的抗体的情况下，所述水性培养基在用各种类型层析纯化前，基于蛋白质A或蛋白质G与IgG Fc链的结合性质，用蛋白质A或G上的亲和柱层析处理。
例如，在JP KOHYO 5-504579中，使由哺乳动物细胞培养物获得的含抗体水性培养基进行蛋白质A/G柱层析，以将抗体分子吸附到柱上，再用酸性溶液(约0.1M柠檬酸，pH3.0-3.5)洗脱以释放抗体分子。获得的酸性洗脱物依次进行离子交换柱层析和大小排除柱层析，获得纯的抗体分子。
但是，这些单个的层析方法和它们的组合费时间，费劳力和费成本，且复杂。另外，它们不能提供稳定的结果。
因此，本发明的目的是提供一种更简单、费用更低的纯化生理学上活性蛋白质，尤其是抗体的方法，该方法能确保去除杂质如DNA污染物和病毒，并且它能使生理学上活性蛋白质的损失最小化。
本发明公开
作为为克服这些问题所做大量和细致努力的结果，本发明的发明者获得了惊人的发现：当使样品在低于生理学上活性蛋白质等电点的pH下形成低电导率的水溶液，然后通过过滤器过滤去除产生的颗粒时，不使用复杂的层析方法可从含有生理学上活性蛋白质的样品中高效去除杂质如DNA污染物和病毒。这一发现导致了本发明的完成。
也就是说，本发明提供了以下内容。
(1)一种去除含有生理学上活性蛋白质的样品中杂质的方法，该方法包括步骤：
1)使含有生理学上活性蛋白质的样品形成具有等于或低于生理学上活性蛋白质等电点的pH的低电导率水溶液；和
2)去除产生的颗粒。
(2)根据以上(1)的方法，其中所述低电导率水溶液具有以摩尔浓度表示的0～100mM的电导率。
(3)根据以上(1)或(2)的方法，其中所述低电导率水溶液具有0～0.2的离子强度。
(4)根据以上(1)至(3)中任一项的方法，其中所述低电导率水溶液具有0～300mS/m的电导率。
(5)根据以上(1)至(4)中任一项的方法，其中所述溶液选自盐酸水溶液、柠檬酸水溶液和醋酸水溶液。
(6)根据以上(1)至(5)中任一项的方法，其中所述水溶液的pH等于或低于所述生理学上活性蛋白质的等电点，且等于或高于pH2.0。
(7)根据以上(1)至(6)中任一项的方法，其中所述杂质是DNA污染物。
(8)根据以上(1)至(6)中任一项的方法，其中所述杂质是病毒。
(9)根据以上(7)的方法，其中所述含有生理学上活性蛋白质样品经DNA污染物去除处理后具有DNA浓度为22.5pg/ml或更低的DNA污染物。
(10)根据以上(1)至(9)中任一项的方法，其中所述生理学上活性蛋白质是抗体。
(11)根据以上(10)的方法，其中所述抗体为IgG抗体。
(12)根据以上(10)或(11)的方法，其中所述抗体为人源化单克隆抗体。
(13)根据以上(12)的方法，其中所述抗体为人源化抗IL-6受体抗体。
(14)根据以上(12)的方法，其中所述抗体为人源化抗HM1.24抗原单克隆抗体。
(15)根据以上(12)的方法，其中所述抗体为人源化抗甲状旁腺激素相关肽抗体(抗-PTHrP抗体)。
(16)根据以上(1)至(9)中任一项的方法，其中所述生理学上活性蛋白质是粒细胞集落刺激因子。
(17)根据以上(1)至(16)中任一项的方法，其中所述颗粒通过滤器过滤去除。
(18)根据以上(1)的方法，其中步骤1)通过使含有生理学上活性蛋白质形成低电导率的酸性或碱性水溶液，并将得到的样品用缓冲液调节到等于或低于所述生理学上活性蛋白质等电点的pH来完成。
(19)根据以上(1)的方法，
其中所述生理学上活性蛋白质是一种抗体，和
其中步骤1)通过使含有抗体的样品经蛋白质A或G上的亲和层析，用低电导率的酸性水溶液洗脱所述样品，并用缓冲液调节得到的洗脱物至等于或低于所述抗体的等电点的pH来完成。
(20)根据以上(18)或(19)的方法，其中所述缓冲液为Tris水溶液。
(21)可通过以上(1)至(20)中任一项的方法获得的纯化的生理学上活性蛋白质。
(22)一种生产医疗蛋白质制剂的方法，该方法包括纯化步骤，该纯化步骤中使用以上(1)至(20)中任一项的方法。
实施本发明的最佳方式
利用本发明方法纯化的样品中含有的生理学上活性蛋白质的例子包括，但不限于，造血因子，如粒细胞集落刺激因子(G-CSF)、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)、红细胞生成素(EPO)和血小板生成素，细胞因子如干扰素、IL-1和IL-6、单克隆抗体、组织纤溶酶原激活剂(TPA)、尿激酶、血清白蛋白、血凝因子VIII、凝集素、胰岛素和干细胞生长因子(SCF)。在这些蛋白质中，优选的是G-CSF和抗体，包括单克隆抗体，且更优选的是单克隆抗体。在利用蛋白质A/G亲和层析的本发明实施方案中，优选单克隆抗体用于纯化。抗体分成IgG、IgA、IgE、IgD和IgM类，优选IgG抗体。
术语“生理学上活性蛋白质”是指具有与哺乳动物(尤其人类)来源的相应生理学上活性蛋白质基本相同的生物活性的蛋白质。这样的蛋白质可能是天然的，也可能是遗传重组的，优选遗传重组的。遗传重组的生理学上活性蛋白质可通过细菌细胞如E.coli；酵母细胞；或动物来源的培养细胞如中国仓鼠卵巢(CHO)细胞、C127细胞或COS细胞中的生产来制备。这样制备的蛋白质在使用前用各种方法进行分离和纯化。这样的遗传重组蛋白质包括具有与相应天然蛋白质相同氨基酸序列的那些及在氨基酸序列中包含缺失、替换或***一个或多个氨基酸，但保留了上文提到的生物学活性的那些。另外，这样的蛋白质包括用PEG等进行化学修饰的那些。
当生理学上活性蛋白质是一种糖蛋白时，它可能具有任何来源，优选哺乳动物来源的糖链。哺乳动物来源包括，如中国仓鼠卵巢(CHO)细胞、BHK细胞、COS细胞和人源细胞，最优选CHO细胞。
当生理学上活性蛋白质是EPO时，可用任何方法制备它，例如，通过各种方法从人尿中获得或通过遗传工程技术在细菌细胞如E.coli、酵母细胞、中国仓鼠卵巢(CHO)细胞、BHK细胞、COS细胞、人源细胞或类似细胞(例如，如JP KOKAI 61-12288中描述的)中生产。在使用前，将这样制备的EPO用各种方法进行提取、分离和纯化。另外，EPO可用PEG等进行化学修饰(参考国际公开No.WO90/12874)。本文使用的EPO还包括起初非糖基化但用PEG等进行化学修饰的那些。同样，还包括EPO类似物，它们被修饰以在EPO氨基酸序列中有至少一个另外的N-连接或O-连接糖基化的位点(见，例如，JP KOKAI 08-151398，JP KOHYO08-506023)。不增加糖基化位点的数量，也可修饰EPO类似物以具有增加的糖链如唾液酸的含量，用于增加糖链的量。
当生理学上活性蛋白质是G-CSF时，只要它是高度纯的，可用任何G-CSF。本发明使用的G-CSF可用任何方法制备，例如，通过从培养的人肿瘤细胞系获得或通过用遗传工程技术在细菌细胞如E.coli；酵母细胞；或动物来源的培养细胞如中国仓鼠卵巢(CHO)细胞、C127细胞或COS细胞中生产。这样制备的G-CSF在使用前用各种方法进行提取、分离和纯化。优选的是在E.coli细胞、酵母细胞或CHO细胞中重组产生的那些。最优选的是在CHO细胞中重组产生的那些。另外，G-CSF可用PEG等进行化学修饰(参考国际公开No.WO90/12874)。
当生理学上活性蛋白质是单克隆抗体时，可用任何方法制备它。原则上，可用已知技术，按照常规免疫程序免疫致敏抗原，通过常规细胞融合程序将获得的免疫细胞与已知亲本细胞融合，然后通过常规筛选程序筛选单克隆抗体产生性细胞生产单克隆抗体。
可替代地，从杂交瘤中克隆抗体基因，将该基因整合入合适的载体中，然后将该基因转化入宿主，用基因重组技术生产抗体分子。由此生产的遗传重组抗体也可用于本发明(见，例如，Carl，A.K.Borrebaeck，James，W.Larrick，THERAPEUTIC MONOCLONAL ANTIBODIES，由MACMILLAN PUBLISHERS LTD在英国出版，1990)。更具体地说，用逆转录酶从杂交瘤mRNA中合成抗体可变区(V区)cDNA。获得编码靶抗体V区DNA后，将该DNA与编码期望的抗体恒定区(C区)DNA连接并将其整合入表达载体中。或者，可将编码抗体V区的DNA整合入携带抗体C区DNA的表达载体中。将DNA构建体整合入表达载体中以便它在表达调节区如增强子或启动子的控制下表达。然后用该表达载体转化宿主细胞进行抗体表达。
本发明中，使用以弱化对人异质抗原特性为目的的人工修饰的遗传重组抗体(例如嵌合抗体、人源化抗体)是可能的。这些修饰的抗体可用已知方法制备。嵌合抗体由来自非人哺乳动物(如小鼠)抗体重链和轻链可变区和来自人抗体重链和轻链恒定区组成。为了获得嵌合抗体，可将编码这种小鼠抗体可变区DNA与编码人抗体恒定区DNA连接，然后将其整合入表达载体中，接着转化入宿主进行抗体生产。
人源化抗体也被称为重构人抗体，通过嫁接非人哺乳动物(如小鼠)抗体互补决定区(CDRs)，替代人抗体的互补决定区获得。还已经知道用于此目的的标准基因重组程序。更具体地说，通过几条寡核苷酸的PCR，所述寡核苷酸被制备以具有末端相互重叠的部分，合成了DNA序列，该DNA序列被设计允许小鼠抗体的CDRs和人抗体的框架区(FRs)之间的连接。将由此获得的DNA序列与编码人抗体恒定区的DNA连接，并将其整合入表达载体中，然后转化入宿主用于抗体生产(见欧洲专利公开No.EP 239400和国际公开No.WO 96/02576)。选择通过CDRs连接的人抗体FRs以使互补决定区形成有利抗原结合位点。如果需要的话，可在抗体可变区的框架区中进行氨基酸替换，以便重构人源化抗体的互补决定区可形成合适的抗原结合位点(Sato，K.et al.，CancerRes.(1993)53，851-856)。
人源化抗-IL-6受体抗体(hPM-1)可作为这类重构人源化抗体的优选的例子(见国际公开No.WO92-19759)。除此之外，还优选人源化抗-HM1.24抗原单克隆抗体(见国际公开No.WO98-14580)、人源化抗甲状旁腺激素相关肽抗体(抗-PTHrP抗体；见国际公开No.WO98-13388)、人源化抗组织因子抗体(见国际公开No.WO99-51743)及类似抗体用于本发明。
还已经知道获得人抗体的程序。例如，在体外用期望的抗原或期望的抗原表达细胞使人淋巴细胞致敏，然后使致敏的淋巴细胞与人骨髓瘤细胞(如U266)融合，产生具有与抗原结合活性的期望的人抗体(见JP KOKOKU 01-59878)。或者，用抗原使具有整套人抗体基因的转基因动物免疫，获得期望的人抗体(见国际公开Nos.WO 93/12227、WO92/03918、WO 94/02602、WO 94/25585、WO 96/34096和WO 96/33735)。有另外的用人抗体库通过淘筛获得人抗体的技术。例如，利用噬菌体显示技术将每个人抗体可变区以单链抗体(scFv)形式表达于噬菌体表面，然后选择与抗原结合的噬菌体。通过分析选择的噬菌体的基因，测定与抗原结合的编码人抗体可变区的DNA序列是可能的。一旦鉴定了与抗原结合的scFv的DNA序列，该序列就可被用来构建合适的表达载体以获得人抗体。这些技术已经是熟知的，并可在WO 92/01047、WO 92/20791、WO 93/06213、WO 93/11236、WO 93/19172、WO 95/01438和WO 95/15388中找到。
另外，还优选在转基因动物中生产的人抗体等。
再者，本发明使用的抗体包括抗体片段，包括Fab、(Fab’)2、Fc、Fc’和Fd，以及重构抗体，包括单价或多价单链抗体(scFV)。
如本发明所使用的，术语“含有生理学上活性蛋白质的样品”或“含有抗体的样品”优选地意思是指含有通过培养产生的生理学上活性蛋白质分子或抗体分子的哺乳动物细胞(如CHO细胞)的培养基，该培养基可进一步进行部分纯化或其它某些处理。
在本发明的优选实施方案中，通过一种方法去除含有生理学上活性蛋白质的样品中的杂质，所述方法包括步骤：
1)使含有生理学上活性蛋白质的样品在等于或低于所述生理学上活性蛋白质等电点的pH下形成低电导率的水溶液；和
2)去除产生的颗粒。
只要它不是待纯化的靶蛋白，利用本发明的方法可去除任何作为杂质的物质。这类杂质的例子包括DNA污染物、病毒、蛋白质A(由柱子洗出的)、内毒素、HCP(宿主细胞来源的蛋白质)、以及培养基成分Hy-Fish(FL)和IGF，优选DNA污染物或病毒。如本发明所使用的，术语“DNA污染物”意思是指存在于含有生理学上活性蛋白质的样品中的DNA分子。例子包括宿主来源的DNAs和来源于污染的病毒DNAs。
对通过本发明方法去除的病毒种类没有特别限制。可去除任何病毒，包括DNA和RNA病毒。RNA病毒的例子包括逆转录病毒(如X-MuLV)、呼肠孤病毒(如Reo3)和细小病毒(如MVM)。通过本发明方法去除的病毒的说明性例子包括，例如，X-MuLV、PRV、Reo3、MVM、VSV、单纯疱疹、CHV、新培斯、流行性腮腺炎、牛痘、麻疹、风疹、流感、带状疱疹、巨细胞、副流感、EB、HIV、HA、HB、NANB、ATL、ECHO和细小病毒，优选X-MuLV、Reo 3、MVM和PRV。
如本发明所使用的，术语“低电导率水溶液”通常意思是指摩尔浓度为0～100mM，优选0～50mM，更优选0～30mM的水溶液，或它具有0～0.2，优选0～0.12的离子强度，或它具有0～300mS/m，优选0～200mS/m，更优选于0～150mS/m的电导率。
生理学上活性蛋白质的等电点是指所述生理学上活性蛋白质在水溶液中没有明显净电荷的pH值。等电点可用本领域技术人员知道的方法测定，例如，通过等电聚焦的方法，该方法中使生理学上活性蛋白质在不同pH水平的溶液中电泳，测定蛋白不迁移的pH。等于或低于生理学上活性蛋白质等电点的pH优选是低于所述生理学上活性蛋白质等电点的pH。
本发明方法中，当杂质是DNA分子时，优选将pH调到等于或低于生理学上活性蛋白质等电点的水平，以便所述生理学上活性蛋白质带正电荷，而所述DNA分子带负电荷。
一般说来，DNA有很强的负离子电荷，这些电荷由骨架中的磷酸基团产生(核酸内强酸性磷酸二酯键内发现的磷酸基团具有大约1的pK值)。由于这个原因，DNA在任何pH下都能带上负电荷，因此使用等于或低于生理学上活性蛋白质等电点的范围内的期望pH是可能的。由于所需的pH水平在不同类型的生理学上活性蛋白质中将是不同的，本领域技术人员可用已知的方法，例如，按下面实施例部分所述的，通过制备多种不同pH的样品并测量他们的参数如％DNA去除和％蛋白质回收，选择等于或低于生理学上活性蛋白质等电点的范围内的所需pH水平。这样的pH通常为pH2.0或更高，优选pH3.0或更高，尤其优选pH4.0或更高。
要证实DNA分子是否带负电荷，可以采用已知的方法，如使用电泳滴定曲线法的那些(ETC)(见Ion Exchange Chromatography Principlesand Methods，Pharmacia(latterly Amersham Biosciences)，pp.52-56)。
此外，在本发明方法中，还可以使含有生理学上活性蛋白质的样品形成低电导率的酸性或碱性水溶液，接着用缓冲液调节所得样品至等于或低于所述生理学上活性蛋白质的等电点的pH。
因此，在本发明的另一个优选实施方案中，通过一种方法去除含有生理学上活性蛋白质的样品中的杂质，所述方法包括步骤：
1)使含有生理学上活性蛋白质的样品形成低电导率的酸性或碱性水溶液；
2)用缓冲液调节所得样品至等于或低于所述生理学上活性的蛋白质的等电点的pH；
3)去除产生的颗粒。
通过本发明方法去除的杂质如上面所述。
如本文所用的，术语“低电导率的酸性水溶液”意思是指pH2.0至pH3.9，优选pH2.0至3.0的水溶液，它具有0至100mM，优选0至50mM，更优选0至30mM的摩尔浓度，或者它具有0至0.2，优选0至0.12的离子强度，或者它具有0至300mS/m，优选0至200mS/m，更优选0至150mS/m的电导率。所述酸性水溶液可以从盐酸水溶液、柠檬酸水溶液、醋酸水溶液和其它酸的水溶液中选择。低电导率的酸性水溶液的种类、电导率和pH将取决于要被纯化的生理学上活性的蛋白质或抗体的种类而变化。本领域的技术人员将轻易确定本文所述初步试验中这些参数的最佳条件。
同样地，本文所用的术语“低电导率的碱性水溶液”通常意思是指pH7.5至pH13的水溶液，它具有0至100mM，优选0至50mM，更优选0至30mM的摩尔浓度，或者它具有0至0.2，优选0至0.12的离子强度，或者它具有0至300mS/m，优选0至200mS/m，更优选0至150mS/m的电导率。这种溶液的pH将取决于要被纯化的生理学上活性蛋白质或抗体的种类而变化。
在本发明方法中，使含有生理学上活性蛋白质的样品形成低电导率的酸性或碱性水溶液后，用缓冲液调节所得样品至等于或低于所述生理学上活性蛋白质的等电点的pH。缓冲液的例子包括Tris-HCl、磷酸盐、Tris、磷酸氢二钠和氢氧化钠。
另外，在本发明中，在某些情况例如当生理学上活性蛋白质是抗体时，通常使含有抗体的样品进行蛋白质A或G上的亲和层析，并用低电导率的酸性水溶液洗脱，然后用缓冲液调节所得洗脱物至等于或低于所述生理学上活性蛋白质的等电点的范围内的期望pH。
因此，在本发明的另一个优选实施方案中，通过一种方法去除含有生理学上活性蛋白质的样品中的杂质，所述方法包括步骤：
1)使含有抗体的样品进行蛋白质A或G上的亲和层析，并用低电导率的酸性水溶液洗脱样品；
2)用缓冲液调节所得洗脱物至等于或低于所述生理学上活性蛋白质的等电点的pH；
3)去除产生的颗粒。
通过本发明方法去除的杂质如上面所述。
本方法中所采用的低电导率的酸性水溶液可以是上面列举的那些中的任何一种。缓冲液的例子包括Tris-HCl、磷酸盐、Tris、磷酸氢二钠和氢氧化钠。
在本发明方法中，在上面的步骤中被调节到等于或低于生理学上活性蛋白质的等电点的pH的溶液，依次，产生颗粒(即形成雾状)。这些颗粒可以通过滤器过滤而被除去，以确保有效去除杂质如DNA污染物。适用于过滤的滤器的例子包括，但不限于，1.0～0.2μm醋酸纤维素滤器***(Corning)或TFF。
或者，这些颗粒也可以通过离心或其它任何用于有效的颗粒去除的技术被去除；去除方法不限于用滤器过滤。
没有被任何特定理论所束缚，本发明的发明者估计当杂质是DNA分子时，这些颗粒的每一种是生理学上活性蛋白质和DNA之间形成的偶联物。他们还估计当pH被调节到低于蛋白质的等电点时，所述蛋白质带正电荷，而DNA分子带负电荷，导致DNA和蛋白质之间的偶联。另外，向低电导率的水溶液的转化将进一步增强偶联。通过过滤去除颗粒导致生理学上活性蛋白质的丢失少，因为它以DNA-生理学上活性蛋白质偶联物的形式被去除。但是，这样小的丢失仅占生理学上活性蛋白质总量的少数百分比，约百分之九十的生理学上活性蛋白质可被回收，如下面的
实施例部分将描述的。
本发明的发明者还估计，由于DNA-蛋白质偶联物被形成于柱树脂上，单独蛋白质A/G柱层析可能不足以确保DNA污染物和生理学上活性蛋白质的有效分离。通过阳离子交换层析、阴离子交换层析、羟基磷灰石层析或它们的组合进一步纯化后，因此纯化的生理学上活性蛋白质适用作药物制剂。
定量DNA试验可通过，但不限于，在试验之前与DNA提取结合的阈值总DNA试验来完成。
定量病毒试验可通过，但不限于，TCID50(组织培养感染剂量(50％))试验来完成，TCID50试验通过检测细胞中的病毒感染性，结合允许测定组分中病毒量的RT/Q-PCR和Q-PCR来测量。
本发明现在将被进一步描述在下面的实施例中，不想使这些实施例限制本发明的范围。基于详细说明，对本技术领域人员来说，不同的改变和修饰是显而易见的，这类改变和修饰落入本发明的范围内。
实施例
实施例1：在纯化hPM-1(人源化抗IL-6受体抗体)中用于蛋白质A亲和层析的缓冲液组成的研究
1.1试验程序
(1)试验材料(含有抗体的样品)
含有生产hPM-1抗体的CHO细胞培养基(此后缩写为CM)的样品，它被离心以去除所述细胞，并保存于-80℃，通过0.22μm醋酸纤维素(缩写为CA)过滤***(CORNING)过滤，并用作纯化研究的试验样品。用国际公开No.WO92/19759实施例10中所显示的人延伸因子Ia启动子(等电点：pH9.0)，按JP KOKAI 08-99902参考实施例2中所描述的制备了hPM-1抗体。
(2)用于检测的仪器
用于HCl洗脱物
HPLC：L-6200智能泵(HITACHI)
      L-4200UV-VIS检测仪(HITACHI)
      D-2500色谱积分仪(HITACHI)
柱：  HR5/2(Pharmacia)，5mm I.D.×20mm H
介质：POROS 50A(PerSeptive)，0.4ml
      Lot；A250-039，Code；SPECIAL
用干颗粒
HPLC：Waters PrepLC4000***(Waters)
      Waters2000***控制器(Waters)
      Waters486可调的吸收检测仪(Waters)
      Waters741数据组件(Waters)
分光光度计：U-2000(HITACHI)
柱：        XK26(Pharmacia)，26mm I.D.×100mm H
介质：      POROS 50A(PerSeptive)，53ml
            Lot；A250-039，Code；SPECIAL
(3)分析与检测
hPM-1检测：
用线性梯度在PLRP-S柱(Polymer Laboratories)上通过反向HPLC检测hPM-1。
DNA检测：
通过阈值总DNA试验测定DNA。在检测之前，进行DNA抽提(例如，使用DNA抽提试剂盒，Wako Pure Chemicals Industries，Ltd.)。同样，用阈值总DNA试验试剂盒(Molecular Devices)进行测量。
浊度测定法
通过用分光光度计U-2000(HITACHI)测量其在660nm处的吸收监测每种试验样品的颗粒形成。
1.2.洗脱条件的研究
通过测定hPM-1的％回收和通过洗脱的DNA去除，以用于蛋白质A亲和层析中的不同缓冲液组合物研究了洗脱条件。使上述含有抗体的样品按下面表1的条件进行上柱。蛋白质A树脂用表1中所示的平衡缓冲液平衡，然后负载上述含有抗体的样品，接着进行洗涤1，洗涤2，和洗脱。以A280nm监测洗脱谱，以分离蛋白质峰。在该表中，C-P缓冲液是指柠檬酸盐-磷酸盐缓冲液。
                        表1
  洗脱方法1   洗脱方法2   洗脱方法3
    平衡   1M NaCl/100mM C-P缓冲液pH7.5   1M NaCl/10mM C-P缓冲液pH7.5   1M NaCl/100mM C-P缓冲液pH7.5
    洗涤1   1M NaCl/100mM C-P缓冲液pH7.5   1M NaCl/10mM C-P缓冲液pH7.5   1M NaCl/100mM C-P缓冲液pH7.5
    洗涤2   100mM C-P缓冲液pH7.5   10mM C-P缓冲液pH7.5   100mM C-P缓冲液pH7.5
    洗脱   100mM C-P缓冲液pH2.6   2.5mM HClpH2.6   2.5mM HClpH2.6
没有观察到洗脱方法1、2和3色谱之间的差别
每种洗脱组分用300mM Tris溶液被调节至pH7.0，表明用HCl洗脱(方法2和3)的组分中产生了颗粒。进行了进一步研究以测定颗粒形成与hPM-1的％回收或残余DNA的量之间的相关性。
为研究颗粒相关性，来自洗脱方法2的HCl洗脱物被补充有NaCl，然后进行NaCl浓度(0mM、50mM、100mM)与不同因素之间的相关性分析。在NaCl浓度与不同因素之间相关性的分析中，过滤和未过滤的样品按如下方法制备：每种补充有NaCl的蛋白质A洗脱组分用300mMTris溶液被调节至pH7.0，然后通过0.22μm CA过滤器过滤或者不过滤。测定所述过滤和未过滤样品的hPM-1的％回收(仅用于过滤的样品)和残余DNA的量。
1.3.％回收
测定了单个洗脱方法的hPM-1的％回收。结果，洗脱方法1的％回收高达98.6％。形成对比的是，洗脱方法2中的％回收在83.8％到97.1％之间，洗脱方法3中的％回收在83.5％至93.7％之间，估计这些变异是由于研究规模小(树脂体积：0.4ml)引起的。当增加纯化规模时，证实hPM-1的％回收稳定在90％或更高(洗脱方法2)。因此，还发现即便在HCl洗脱中，hPM-1的％回收仍然高。
1.4.HCl洗脱物中NaCl浓度和不同因素之间的相关性
表2总结了HCl洗脱物中NaCl浓度和不同因素之间的相关性分析。
                        表2
NaCl浓度     0mM     50mM     100mM
浊度(pH未调节)     0.004     0.007     0.011
浊度(pH调节)     0.252     0.049     0.020
hPM-1的％回收(过滤)(％)     81     86     88
DNA的量(未过滤)(pg DNA/mg hPM-1)     98     220     241
DNA的量(过滤)(pg DNA/mg hPM-1)     11     30     250
对于经过滤的样品，hPM-1的％回收在100mM NaCl时为88％，在50mM NaCl时为86％，以及在0mM NaCl时为81％。在过滤和未过滤的样品中，在0mM NaCl时，残余DNA的量低。特别是，补充有0mM NaCl的过滤的样品具有非常低的DNA含量，为11pg DNA/mg hPM-1。
具有更高浊度的pH调节的样品过滤后趋向于提供更低的hPM-1的％回收和更少量的残余DNA。这一结果提示hPM-1和DNA都参与颗粒形成的高可能性。据估计，通过将pH调节至7.0，hPM-1和DNA可能相互作用形成颗粒。为获得更高的hPM-1的％回收，优选增加HCl洗脱物中的NaCl浓度。为了降低残余DNA的量，另一方面，将NaCl补充物排入HCl洗脱物中是可期望的。
实施例2：人源化抗PTHrP抗体的纯化
含有人源化抗PTHrP抗体的样品(来源于CHO细胞培养的培养基，经0.45和0.2μm CA SARTOBRAN P滤器(sartorius)过滤)按下面所示的条件通过蛋白质A亲和柱层析纯化，如国际公开No.WO98/13388中描述的制备了抗PTHrP抗体(等电点：pH8.3)。
2.1.实验条件
纯化仪器：AKTA explorer(Amersham Pharmacia Biotech)
柱：HR5/5，C10，XK-26(Amersham Pharmacia Biotech)
树脂：rProtein A Sepharose Fast Flow
加样：培养基(pH6.6至pH7.5)直接加样
洗脱组分的调节：洗脱组分用1M Tris水溶液调节至不同的pH水平，然后通过0.2μm醋酸纤维素(以后缩写为CA)过滤去除DNA(条件在下面(1))中进行研究。
Protein A柱用含150mM NaCl的柠檬酸盐-磷酸盐缓冲液(pH7.5)进行充分平衡，随后用前述含抗体的培养基上样。随后，柱用含150mMNaCl的柠檬酸盐-磷酸盐缓冲液(pH7.5)洗涤以去除未结合的杂质，进一步用柠檬酸盐-磷酸盐缓冲液(pH7.5)洗涤以降低电导率，然后用20mM含水柠檬酸洗脱。以A280nm监测洗脱谱以分离蛋白质峰。该蛋白质A洗脱组分被用于下面的条件研究。
2.2.洗脱物中残余DNA去除条件的研究
为保证有效地去除残余的DNA，研究了通过滤器过滤的最佳pH。蛋白质A洗脱组分用1.0M Tris水溶液调节至以下pH水平：2.7(未调节)、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0和7.5。随后，让每个样品放置一段时间，通过0.22μm CA滤器进行过滤，然后用1.0M Tris水溶液调节至pH7，接着进行DNA检测。表3列出了所研究的pH水平和放置时间，以及残余DNA的量。
                     表3
残留DNA的去除(单位：pg/mL)
  pH7.5   pH7.0   pH6.5   pH6.0   pH5.5   pH5.0   pH4.5   pH4.0   Direct(pH2.7)
  0hr   984   83.3   53.8   ＜22.5   ＜15.0   17.2   54.1   32,052   40,878
  6hr   816   51.9   ＜15.0   ＜22.5   ＜15.0   ＜15.0   44.0   38,172   42,078
  24hr   310   46.6   ＜15.0   ＜22.5   ＜15.0   ＜15.0   39.7   42,528   30,222
(培养基中的DNA：6,637,200pg/mL；未过滤样品中的DNA：25，110pg/mL)
如表中所示，在pH5.5和pH6.0时，在让样品放置0、6和24小时的全部情况中，残留DNA的量低于检测限。另外，pH5.5和pH6.0左右，残余DNA的去除达到了峰，而在更高和更低的pH水平观察到了降低的DNA去除的功效。
实施例3：人源化抗HM1.24抗原单克隆抗体的纯化
在下面表4中所示的条件下，通过蛋白质A亲和柱层析纯化了含有人源化抗HM1.24抗原单克隆抗体的样品(来源于CHO细胞培养的培养基)。抗HM1.24抗原单克隆抗体按照国际公开No.WO98/14580中所述进行制备(等电点：pH9.0)。
3.1.实验条件
柱：rProtein A FF，5mL(16mm ID×25mm H)
流速：5mL/min(150cm/h)
样品：培养基直接加样
                     表4
平衡(20CV) 10mM C-P缓冲液，1M NaCl，pH7.5
加样 CM直接加样
洗涤1(20CV) 10mM C-P缓冲液，1M NaCl，pH7.5
洗涤2(20CV) 10mM/L C-P缓冲液，pH7.5
洗脱(10CV) 柠檬酸，pH2.5
洗涤3(4CV) 0.1M NaOH
用含有150mM NaCl的柠檬酸盐-磷酸盐缓冲液(pH7.5)充分平衡蛋白质A柱，然后用上述含有抗体的培养基上样。然后，用含有150mMNaCl的柠檬酸盐-磷酸盐缓冲液(pH7.5)洗柱，以去除未结合的杂质，用柠檬酸盐-磷酸盐缓冲液(pH7.5)进一步洗涤以降低电导率，然后用20mM含水柠檬酸洗脱。以A280nm监测洗脱谱以分离蛋白质峰，该蛋白质A洗脱组分被用于下面的条件研究。
3.2洗脱物中残余DNA去除条件的研究
为保证残余DNA的有效去除，研究了通过滤器过滤的最佳pH。用1.0M Tris水溶液将蛋白A洗脱组分调节到下列pH水平(pH＝4.5-7.5)。随后，让每个样品放置一段时间，通过0.22μm CA滤器过滤，然后用1.0M的Tris水溶液调节至pH7，接着进行DNA测定以及用于测定人源化抗HM1.24抗原单克隆抗体的反向HPLC。表5显示了DNA检测的结果，而表6显示了人源化抗HM1.24抗原单克隆抗体的收率。
                         表5
残余DNA的去除(单位：pg/ml)
实验1
    pH7.5     pH6.5     pH5.5
    0h     1142     624     113
    6h     3288     1157     117
(培养基中的DNA：235200pg/ml)
实验2
    pH5.5     pH5.0     pH4.5
    0h     137     67     86
    6h     94     34     164
(培养基中的DNA：5448000pg/ml；未过滤样品中的DNA：4330pg/ml)
                     表6
通过过滤人源化抗HM1.24抗原单克隆抗体的％回收
    pH5.5     pH5.0     pH4.5
    0h     98.1％     89.6％     87.8％
    6h     89.3％     91.1％     98.6％
虽然通过蛋白质A亲和层析纯化的样品仍含有丰富的DNA，实验1表明，DNA的量随pH以pH7.5、pH6.5和pH5.5的次序降低而减少，以及在0小时比在6小时去除更多DNA的趋势。实验2中，在pH＝4.5、5.0和5.5的条件下进行相同的实验，表明无论测试范围内的pH值和放置时间，都充分去除DNA至相同程度。另外，％回收的计算表明人源化抗HM1.24抗原单克隆抗体的少许损失。
实施例4：粒细胞集落刺激因子(G-CSF)的纯化
含有G-CSF的样品(来源于CHO细胞培养物；ChugaiPharmaceutical Co.，Ltd.)被用于下面的条件研究(等电点：pH5.5-5.7)。
4.1.洗脱物中残余DNA去除条件的研究
为了确保有效去除残余DNA，研究了通过滤器过滤的最佳pH。将含有G-CSF的样品稀释于低电导率的酸性溶液(2.5mM含水HCl)中，并用20％盐酸进一步形成低电导率的酸性水溶液，然后加入样品DNA。利用1.0M Tris水溶液调节如此处理的含有G-CSF的样品至下面的pH水平(pH＝4.3或6.6)，然后通过0.22μm CA滤器过滤。接着，对过滤及未过滤的组分进行DNA测定。表7显示了DNA测定的结果。
                          表7
残余DNA的去除(单位：pg/ml)
  用于过滤的pH     pH6.6     pH4.3
    未过滤     4.3×105     4.3×105
    过滤     2.8×104     ＜90
该研究证实，当在pH4.3过滤样品时，富含DNA的含有G-CSF的样品中的DNA的有效去除，即，残余DNA的量低于所述试验的检测限。
例5：病毒去除对hPM-1(人源化抗IL-6受体抗体)纯化的影响
5.1实验材料(含有抗体的样品)
含有产生hPM-1抗体(人源化IL-6受体抗体)的CHO细胞培养基(CM)的样品，它经离心以去除所述细胞，并储存在-80℃，分别补充有X-MuLV、Reo3和MVM，然后通过0.45μm的滤器(Bottle TOP Filter，CORNING)过滤，用作纯化研究的试验样品。如实施例1中所述制备了hPM-1抗体。用于研究的病毒各自从ATCC(美国典型培养物中心)获得。
5.2通过rProtein柱层析纯化
通过rProtein柱层析纯化了在5.1中制备的补充有病毒的样品。详细条件显示如下：
树脂：rProteinA Sepharose Fast Flow
仪器：AKTA explorer100，AKTApurifier
柱：XK16/20，XK16/40
树脂高度：11.5cm
洗脱条件
平衡：1mol/L NaCl，20mmol/L C-P缓冲液，pH7.5±0.2，电导率8.5±0.5S/m
洗涤1：1mol/L NaCl，20mmol/L C-P缓冲液，pH7.5±0.2，电导率8.5±0.5S/m
洗涤2：10mmol/L C-P缓冲液，pH7.7±0.2，电导率165±20mS/m
洗脱：2.5mmol/L HCl，pH2.7±0.2，电导率107±10mS/m
5.3低pH处理
5.2中得到的洗脱组分用1mol/L盐酸被调节至pH3.2±0.1，并在15±5℃放置30分钟或更长，然后，用300mmol/L  Tris溶液调节多个洗脱组分至pH7.2±0.1，然后用过滤单元在0.03±0.01MPa压力下过滤所述组分的40.0mL，所述过滤单元装配有与第一侧面(the primaryside)连接的玻璃纤维过滤器(Millipore)(0.2μm，PALL)，和与第二侧面(the secondary side)连接的BioInert(0.2μm，PALL)(装配有φ15mm调节器的PALL过滤器支架)。
5.4病毒的检测
所有收集的样品通过TCID50试验进行测定。在对X-MuLV和MVM的清除能力试验中，不但利用TCID50试验检测这些病毒，TCID50试验是通过检测细胞中的病毒感染性测定的，而且利用RT/Q-PCR和Q-PCR检测这些病毒，RT/Q-PCR和Q-PCR允许组分中病毒量的测定。
5.5结果
下表中显示了5.4中检测的结果
表8病毒滴度(TICD50试验：Log10/mL)
    Reo3     MVM
    操作1     操作2     操作1     操作2
未过滤的     5.76     5.76     4.80     4.18
过滤的     ≤1.03     ≤1.03     ≤1.03     ≤1.03
表9病毒滴度(PCR：Log10拷贝/5μL)
    X-MuLV     MVM
    操作1     操作2     操作1     操作2
未过滤的     5.05     4.77     4.18     2.83
过滤的     ≤1.90     ≤1.90     ≤1.30     ≤1.90
如上表所示，本发明的纯化过程对所有试验的病毒，都获得了很高的LRVs(对数减少值)，并且本研究证实，经低pH处理和过滤后，病毒量被去除到低于所述试验检测限的水平。
工业实用性
本发明方法能以非常简单的方式有效去除杂质，例如DNA污染物和病毒，并在纯化生理学上活性蛋白质，特别是抗体中显著有利。当杂质是DNA分子时，所述方法获得很低的DNA浓度(例如，22.5pg/ml)，而当杂质是病毒时，它获得很低的病毒滴度(例如，1.03(用log10/mL表示)，如通过TCID50试验测定)。本发明方法还能使成本降低并在这一领域中具有巨大意义。

Claims (22)

1.去除含有生理学上活性蛋白质的样品中杂质的方法，该方法包括步骤：
1)使含有生理学上活性蛋白质的样品形成低电导率和等于或低于所述生理学上活性蛋白质的等电点的pH的水溶液；和
2)去除产生的颗粒。
2.根据权利要求1的方法，其中所述低电导率的水溶液具有以摩尔浓度表示的0至100mM的电导率。
3.根据权利要求1或2的方法，其中所述低电导率的水溶液具有0至0.2的离子强度。
4.根据权利要求1至3中任一项的方法，其中所述低电导率的水溶液具有0至300mS/m的电导率。
5.根据权利要求1至4中任一项的方法，其中所述水溶液选自盐酸水溶液、柠檬酸水溶液和醋酸水溶液。
6.根据权利要求1至5中任一项的方法，其中所述水溶液的pH等于或低于所述生理学上活性蛋白质的等电点并等于或高于pH2.0。
7.根据权利要求1至6中任一项的方法，其中所述杂质是DNA污染物。
8.根据权利要求1至6中任一项的方法，其中所述杂质是病毒。
9.根据权利要求7的方法，其中所述含有生理学上活性蛋白质的样品经过去除DNA污染物的处理后具有22.5pg/ml或更低的DNA浓度的DNA污染物。
10.根据权利要求1至9中任一项的方法，其中所述生理学上活性蛋白质是抗体。
11.根据权利要求10的方法，其中所述抗体是IgG抗体。
12.根据权利要求10或11的方法，其中所述抗体是人源化单克隆抗体。
13.根据权利要求12的方法，其中所述抗体是人源化抗IL-6受体抗体。
14.根据权利要求12的方法，其中所述抗体是人源化抗HM1.24抗原单克隆抗体。
15.根据权利要求12的方法，其中所述抗体是人源化抗甲状旁腺激素相关肽抗体(抗PTHrP抗体)。
16.根据权利要求1至9中任一项的方法，其中所述生理学上活性蛋白质是粒细胞集落刺激因子。
17.根据权利要求1至16中任一项的方法，其中所述颗粒通过滤器过滤被去除。
18.根据权利要求1的方法，其中步骤1)通过使含有生理学上活性蛋白质的样品形成低电导率的酸性或碱性水溶液，并且用缓冲液调节所得样品至等于或低于所述生理学上活性蛋白质的等电点的pH来完成。
19.根据权利要求1的方法，
其中所述生理学上活性蛋白质是抗体，和
其中步骤1)通过使含所述抗体的样品进行蛋白质A或G上的亲和层析，用低电导率的酸性水溶液洗脱所述样品，并用缓冲液调节所得洗脱物至等于或低于所述抗体的等电点的pH来完成。
20.根据权利要求18或19的方法，其中所述缓冲液是Tris水溶液。
21.可通过权利要求1至20中任一项的方法获得的纯化的生理学上活性蛋白质。
22.一种生产医疗蛋白质制剂的方法，该方法包括纯化步骤，该纯化步骤中使用权利要求1至20中任一项的方法。
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